【技術(shù)分享】探秘TSN：如何讓實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信變得既快速又可靠？

TSN，全稱Time-Sensitive Networking，中文名稱為時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)，它是目前國(guó)際產(chǎn)業(yè)界正在積極推動(dòng)的全新工業(yè)通信技術(shù)，也是下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心。

TSN技術(shù)簡(jiǎn)介

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（Time-Sensitive Networking，TSN）是在IEEE 802.1標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)框架下制定的新一代標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù), 運(yùn)行在OSI 模型中的數(shù)據(jù)鏈路層，如圖1所示，TSN技術(shù)源于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的隊(duì)列傳輸機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)幀格式也是采用包含VLAN 標(biāo)簽的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)幀格式。

圖1?TSN?的IEEE?802.1?框架在標(biāo)準(zhǔn)層面，IEEE 802.1時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)工作組發(fā)布了一套用于工業(yè)和汽車網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放實(shí)時(shí)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)TSN，包括IEEE 802.1Qbv、IEEE 802.1Qcc、IEEE 802.1AS 等標(biāo)準(zhǔn)，如圖2所示，旨在降低布線成本，打破信息孤島，同時(shí)在通信過(guò)程中傳輸不同時(shí)間敏感性的數(shù)據(jù)。

圖2?TSN?的協(xié)議簇借助 TSN 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可將 TSN 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)（即支持 TSN 技術(shù)的交換機(jī)）部署到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)智能制造、5G 融合、無(wú)人駕駛等應(yīng)用，如圖3所示。

圖3?TSN?在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

? TSN時(shí)間同步技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

當(dāng)前時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成為包括芯片廠商、通信設(shè)備廠商、自動(dòng)化廠商、相關(guān)行業(yè)組織以及各類研究機(jī)構(gòu)在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)組成環(huán)節(jié)關(guān)注的熱點(diǎn)，我司緊跟科技創(chuàng)新發(fā)展的新趨勢(shì)，推出了搭載TSN技術(shù)的M62xx-T系列核心板。

圖4 M62xx-T系列核心板

M62xx-T系列核心板板載處理器為德州儀器（TI）推出的支持多協(xié)議千兆位(Gb)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)處理器系列。這款高度集成的新型Sitara AM6x處理器可提供工業(yè)級(jí)可靠性，有四核和雙核Arm Cortex-A53兩種處理器型號(hào)可選：M6234和M6232，可滿足工廠自動(dòng)化、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施等應(yīng)用中快速增長(zhǎng)的工業(yè)4.0需求。Sitara AM6x處理器通過(guò)子系統(tǒng)支持TSN標(biāo)準(zhǔn)和其它工業(yè)協(xié)議下的千兆位傳輸速率，可在單一網(wǎng)絡(luò)上融合以太網(wǎng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。這一特性對(duì)于工業(yè)4.0應(yīng)用中的實(shí)時(shí)通信至關(guān)重要，可在工廠中實(shí)現(xiàn)可重新配置軟件的網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)。在通信網(wǎng)絡(luò)中，許多業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行都要求網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步。時(shí)間同步包括頻率和相位兩個(gè)方面的同步，通過(guò)時(shí)間同步可以使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)各設(shè)備之間的頻率和相位差保持在合理的誤差范圍內(nèi)。本文基于M6234-T核心板，對(duì)其TSN時(shí)間同步功能進(jìn)行了全方位的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果可為用戶進(jìn)行TSN技術(shù)選型提供參考。

1. 測(cè)試環(huán)境

內(nèi)核版本，如圖5所示：

圖5 內(nèi)核版本

ptp4l版本，如圖6所示：

圖6?ptp4l版本

2.?ptp4l命令，如圖7所示

圖7?ptp4l命令3.?創(chuàng)建ptp配置文件，文件內(nèi)容如圖8所示

圖8?ptp4l配置文件4.?Master側(cè)配置，如圖9所示

圖9?Master側(cè)配置方法5.?Slave側(cè)配置

圖10?ptp測(cè)試結(jié)果圖10的測(cè)試結(jié)果說(shuō)明如下：

Master offset，表示ptp協(xié)議中定義的主從端時(shí)間差（單位：ns）；s0、s1、s2，指示器顯示時(shí)鐘伺服的不同狀態(tài)：s0?表示已解鎖，s1 表示時(shí)鐘步進(jìn)，s2 表示已鎖定。如果伺服處于已鎖定狀態(tài)?(s2)，并且 pi_offset_const 選項(xiàng)在配置文件中設(shè)置為負(fù)值，則時(shí)鐘不會(huì)步進(jìn)，而只會(huì)緩慢調(diào)整；freq，表示時(shí)鐘的頻率調(diào)整（以十億分率?(ppb)?為單位）；path delay，表示從主時(shí)鐘發(fā)送的同步消息的預(yù)計(jì)延遲（以納秒為單位）。

由上可知M6234-T核心板的TSN時(shí)間同步性能參數(shù)中，單跳時(shí)延小于525ns，抖動(dòng)小于20ns，時(shí)間同步精度20ns。